机械化服务程度和农地经营规模对玉米生产效率的影响

王宁柯，张 瑞，章胜勇，*

(华中农业大学 a. 经济管理学院；b. 公共管理学院，湖北 武汉 430070)

粮食安全问题始终是关系我国经济发展和社会稳定的重大问题之一。我国政府高度重视粮食安全问题，并将确保粮食安全作为政府最基本的政策目标之一[1]，把发展农业、造福农村、富裕农民、稳定有效地解决十几亿人口的吃饭问题作为首要任务。习近平总书记强调，“中国人的饭碗任何时候都要牢牢端在自己手上”。受耕地资源约束与人口不断增长的影响，我国未来的粮食安全必须向食物安全转变[2]，在人多地少的客观事实下，要保障粮食安全，必须要重视耕地与粮食安全，依靠农业科技创新，实现藏粮于地、藏粮于技，全面提高土地资源的综合生产能力。2021年的中央一号文件明确指出，要深入推进农业供给侧结构性改革，粮食播种面积保持稳定，强化现代农业科技和物质装备支撑，提高农机装备自主研制能力，加大购置补贴力度，开展农机作业补贴等，全面提升农业科技水平。

机械化服务是指农机服务性组织、农机户为其他从事农业劳动农户提供耕地、播种、收割、灌溉、植保等农业生产环节的农机作业服务[3]。在一定程度上，农业机械化水平标志着一国的农业工业化和现代化水平。农业机械化可以有效提高粮食综合生产能力，保障国家粮食安全，加速农业产业结构升级，加快劳动力转移，促进农业规模经营发展，提高农村经济和农民收入[4]。农业机械化取代了传统人力，是农业科技创新的重要体现。学者认为，农业机械化对粮食生产效率有正向影响，农业机械化水平越高，越有助于提升农户“加总”粮食生产技术效率[5-8]，主张通过提高农业机械化水平来提升劳动生产率，进而提高农业生产效率。苏昕等[9]认为，农业生产效率低的农户往往规模小、机械化水平低。

目前，我国学界关于规模化经营对农业生产效率影响的观点尚不一致。有学者认为，规模化经营可以有效提高农业生产效率。张忠根等[10]提出，农业规模经营是稳定农业生产的前提，农户过小的经营规模是制约农业经济效益的一个重要因素，因此要想提高农业生产效率，其重要途径在于扩大农地经营规模；薛亮[11]认为，我国农业最大的难点是小农户分散经营与社会化大生产的矛盾，因此推动农业规模经营发展是发展现代农业的关键，其中，机械化服务可以有效地提高规模效率；陆杉等[12]认为，农地规模经营对农业绿色效率的提升作用呈边际递增特征。但也有学者认为，如果仅仅将农地经营规模扩大，反而会降低土地的产出效率。罗必良[13]认为，农业劳动生产率可以随经营规模的扩大而提高，但不能忽略不同规模对农户资源配置行为和农产品成本的影响，只要规模超出家庭经营限度，就会遇到发展的瓶颈，会显著抑制农业效率。

通过梳理相关文献不难发现，不少学者主张通过发展农业机械化服务来提高农业生产效率，但机械化进程的加快也需要农地经营规模不断扩大。那么，农地经营规模是否在机械化服务程度对农业生产效率的影响上发挥作用呢？这是本文探讨的重点。如果忽视了农地经营规模这一因素，那么机械化服务程度对农业生产效率影响的估计结果可能会与现实产生一定的偏差。基于此，本文从农地经营规模视角出发，以玉米为例，利用全国20个玉米生产省份的数据实证分析机械化服务程度对玉米生产效率的影响，并在此基础上讨论农地经营规模在机械化服务程度对玉米生产效率影响上的中介作用。

1 机理分析

1.1 机械化服务程度对农业生产效率的影响

提高农业生产效率是我国农业现代化发展的首要目标，农业机械的现代化水平是农业现代化发展的重要体现。提高农机现代化水平，势必要逐步减少农业就业人口，进而提高整体的农业生产效率[14]。具体来说，机械化服务程度的提升可以从以下3方面提高农业生产效率。第一，机械化服务程度的提高会产生技术效应。农业机械化通过技术进步节约了劳动力资源，降低了小农经营农业的生产成本。同时，机械与农户分工合作的实现提升了各生产环节的效率，提高了农业整体的生产效率。第二，机械化服务程度的提高产生规模效应。机械化投入存在一定的规模效应，有助于优化资源配置，改善农业设施和设备的使用条件。连片化的管理提升了农业服务质量，产生规模经济，使农作物产量和质量得以提升，进而提高农业生产效率。第三，机械化服务程度的提高产生劳动效应。随着农业科技的进步，机械化代替了传统的小农耕作，促进了农业发展方式的快速转变。机械化本身具有高效性，缩短了农业劳动时间，降低了农业耕作强度，减少了资源浪费，提高了农业生产效率。需要说明的是，机械化发展也存在着降低农业效率的可能。如果各机械环节缺少监督，将会降低作业质量。同时，农户在使用机械的同时，也可能存在信用和道德等各方面的风险[15]，对农业生产效率也会造成负面影响。综上，提出研究假设H1：机械化服务程度的提高可以有效提升农业生产效率。

1.2 农地经营规模在机械化服务程度对农业生产效率影响上的中介作用

首先，农地经营规模的扩大是农业现代化发展的前提。传统的小规模农户无法满足机械化发展的需求，且其机械费用往往比较高。农地经营规模的扩大更有利于机械化的发展。规模经济也是由于农业机械的大规模使用而产生的[16]。农户的经营规模越大，其运用的土地、资本、劳动力等生产要素在资源配置上才能达到最优，还可以有效降低农业经营者的外部交易成本，从而产生规模经济，提高农业生产效率。其次，经营规模对农业生产的影响在本质上是实现了农业分工合作[17]，而分工程度越高，农业生产效率也会越高。小规模且分散的经营体系无法内生出规模经济，通过土地流转、土地托管等多种方式使得经营规模不断扩大，可加速土地的集中连片，减少土地细碎化程度，促进农业的技术分工、机械分工和各生产环节分工，进而提高农业生产效率。

总的来说，农地经营规模扩大的关键是要寻求规模经营的适度性与形式多样的统一性，农户经营规模不能一味追求扩大，要防止农业规模经营的单一化和对小农的排斥[18]，重视农户自身的风险与利益。如果忽视小农户的利益，反而会降低农业生产效率。基于此，本文在研究机械化服务程度对农业生产效率的影响时，将农地经营规模视为中介变量，通过理论和实证检验农地经营规模在机械化服务程度对农业生产效率影响上的中介效应。提出研究假设H2：农地经营规模在机械化服务程度对农业生产效率的影响上起中介作用。

综上，构建机械化服务程度对农业生产效率影响机理的分析框架(图1)。

图1 机械化服务程度对农业生产效率影响机理的分析框架

2 材料与方法

2.1 数据来源

2003年前我国的农业机械化发展还很不完善，因此本文选取的部分指标在2003年之前并无记录。同时，综合考虑农业发展阶段、目标的变化等，本文最终确定以2003年为研究起点。结合数据的完整性、可获取性等，选取20个玉米主产省份(河北、山西、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、江苏、安徽、山东、河南、湖北、广西、重庆、四川、贵州、云南、陕西、甘肃、宁夏、新疆)2003—2018年的320个样本进行分析。相关数据均采自《中国统计年鉴》《中国农村统计年鉴》《全国农产品成本收益资料汇编》等。

上述20个玉米主产省份在2003—2018年的玉米产量占全国玉米产量的97.16%以上，具有很强的代表性。

2.2 变量选择

2.2.1 投入产出变量

产出变量为各省份的玉米总产量(单位为106t)。

结合以往文献研究[19]，在投入变量上，选取以下4个投入要素：1)土地投入，用玉米播种面积(单位为106m2)表示；2)劳动力投入，用玉米种植的人工成本(单位为106元)表示；3)机械投入，用玉米机械总动力(单位为106kW)表示，根据各省份的农用机械总动力和当地玉米播种面积占农作物播种面积的比例折算；4)资本投入，用种植玉米的物质与服务费用(单位为106元)表示，包括种子、化肥、农药等直接费用，以及保险、管理等间接费用。

2.2.2 解释变量

本文的解释变量为机械化服务程度。参照周宏等[20]的研究方法，用机械费用占总费用(即人工费用与机械费用之和)的百分比(即农用机械在农业生产中所占的比重)表征机械化服务程度，机械费用在总费用中的占比越大，认为机械化服务的采用程度越高。

2.2.3 被解释变量

本文的被解释变量为玉米生产效率。参照王桂波等[8]的研究，用超效率DEA模型求得的玉米综合技术效率表征玉米生产效率，以反映各省份玉米生产的投入与产出情况。

2.2.4 中介变量

我国人多地少，土地细碎。一般来说，人均土地占有量大的农户，更倾向于购买机械服务；因此，本文选择农地经营规模作为中介变量来探究其对机械化服务程度和农业生产效率的影响。参照陆杉等[12]的研究，用人均耕地面积(单位为hm2)来表征农地经营规模。

2.2.5 控制变量

借鉴前人研究，结合现实，选取如下变量作为控制变量：1)灌溉率(Z1，单位为%)。灌溉会直接影响玉米产量，从而影响玉米效率。一般来说，灌溉面积越大，农业生产效率越高，预判其方向为正。本文采用粮食作物有效灌溉面积与粮食总播种面积的百分比来表征灌溉率。2)失业率(单位为%)。该值越高，表明城镇中失业人数越多，推测失业人员会返乡务农，从而提高农业生产效率，预判其方向为正。3)人口老龄化率(单位为%)。人口老龄化率越高，说明当地的年轻劳动力越少，越不利于农业生产过程中机械的使用[21]，也不利于玉米生产效率的提升，预判其方向为负。本文采用农村地区65岁及其以上人口数量与15～64岁人口数量的百分比表征人口老龄化率。4)受灾率(单位为%)。受灾面积越大时，往往会影响玉米的产量，从而降低玉米生产效率，预判其方向为负。本文采用农作物受灾面积与农作物总播种面积的百分比来表征受灾率。

2.3 模型构建

2.3.1 超效率DEA模型

数据包络分析(DEA)由运筹学家A. Charnes和W. W. Cooper在1978年首次提出，通过在相对效率的基础上引入CCR模型，可对决策单元规模和技术的有效性进行评价[22-23]。1993年，超效率DEA模型提出。传统DEA模型在效率评价时会出现多个决策单元相对有效(即效率值为1)的情况，无法对有效单元之间的效率高低进行比较，而超效率DEA模型可以弥补这一缺陷。

超效率DEA模型在测评时，基本思想是在评价某个决策单元时，先将其排除集合之外，对于无效的决策单元，生产前沿面不变，测得的效率值不变；对于有效的决策单元，生产前沿面后移，测得的效率值大于传统DEA模型测得的效率值[24]。超效率DEA模型可分为产出导向型和投入导向型两种，产出导向型保持投入水平一定时使产出最大化；投入导向型保持产出水平一定时使投入最小化。两者虽然考虑的角度不同，但得出的结论一致。

由于机械化服务会产生生产成本，同时农业生产具有规模报酬，因此本文基于选定的投入产出变量，设置以投入为导向，使得投入最小化，运用可变规模报酬的超效率DEA模型测算玉米生产效率。

2.3.2 基准回归模型的设定

由DEA方法测出来的玉米生产效率介于0、1之间，属于截断数据。为此，本文引入极大似然估计法(既可以分析连续性数值变量也可以分析虚拟变量[25])，设定模型如下：

E=α0+α1×M+α2×S+αi×Zi+ε。

(1)

式(1)中：E为玉米生产效率，通过MaxDEA 4.0软件计算测得；M为机械化服务程度；S为农地经营规模；Zi为各控制变量；α1、α2、αi为各变量相应的系数值；α0为常数项；ε为随机扰动项。

2.3.3 中介效应检验

当解释变量与被解释变量之间并不是直接的因果链关系，而是通过一个或多个变量间接产生影响时，解释变量通过其他变量对被解释变量产生的间接影响即为中介效应。为了研究农地经营规模是否具有中介效应，借鉴中介效应检验方法[26]，参考温忠麟等[27]的做法，构建如下中介效应模型：

E=δ1+c×M+γ1；

(2)

S=δ2+a×M+γ2；

(3)

E=δ3+c′×M+b×S+γ3。

(4)

式(2)～(4)中：c为机械化服务程度对玉米生产效率的总效应；a为机械化服务程度对中介变量(农地经营规模)的影响程度；c′为机械化服务程度对玉米生产效率的直接效应。机械化服务程度通过中介变量对玉米生产效率产生间接影响时，机械化服务程度的中介效应为a×b。

3 实证分析结果

3.1 玉米生产效率测算结果

运用MaxDEA 4.0软件，采用以投入为导向的超效率DEA模型测算2003—2018年20个省份的玉米生产效率(表1)。由于篇幅受限，表1仅给出2003、2006、2009、2012、2015、2018年各省份的玉米生产效率和这20个省份玉米生产效率的平均值。当玉米生产效率的数值大于或等于1时，表明其位于效率前沿面，且数值越大，说明玉米生产效率越高。

表1 2003—2018年各省份的玉米生产效率

2003—2018年，这20个省份玉米生产效率的平均值为0.775，与生产前沿面相差22.5百分点，说明玉米生产效率整体还较低，仍有进一步提升的空间。分省份来看，吉林、黑龙江和宁夏等省份的玉米生产效率相对较高(测算值在0.97以上)。这可能是因为这些省份的人均耕地面积较多(以2018年为例，这3个省份的人均耕地面积均居全国前列)，机械化服务程度较高，因而玉米生产效率更高。在20个省份中，广西的玉米生产效率最低(测算值仅为0.552)，其次为云南(测算值为0.590)。推测其原因可能是，这2个省份多山地，大部分的耕地单块面积小，地势不平，再加上交通不便，经济基础较差，因而农业机械化程度不高，装备技术落后，在很大程度上不利于农业生产效率的提升。

从20个省份的整体水平(平均值)来看，2003—2006年玉米生产效率呈下降趋势。这可能是因为，这一时期自然灾害频发，给各地的农业生产带来了极大的负面影响，许多地区的玉米直接减产四五成。同时，同期单位面积的人工成本却逐年增加，如河北、辽宁在2003—2006年单位面积的人工成本涨幅高达42%，玉米种植户的成本直接提高，这些都会导致玉米生产效率的降低。2006年后，玉米生产效率整体趋稳。2006年后，农业机械化开始取代部分劳动力进行农业生产，由于单位面积的机械费用比人工成本低，降低了农户的生产成本，一定程度上提高了玉米生产效率。

3.2 机械化服务程度对玉米生产效率的影响

运用Stata 15.0软件进行基准回归(表2)，从模型1的回归结果看，核心解释变量——机械化服务程度对玉米生产效率的影响在5%的水平上显著，且系数值为0.237，显著为正，说明机械化服务程度的提升从整体上提升玉米生产效率。农业机械通过高效率、高质量的作业替代农业生产中的劳动力投入，大大缩短了劳动时间，降低了劳动强度，大幅提高了劳动生产率，有效地提高了农业生产率。在各控制变量中：灌溉率和失业率对玉米生产效率在1%的水平上有显著正向影响，而受灾率和人口老龄化率分别在1%和5%的水平上对玉米生产效率有显著负向影响，其影响方向均与预判结果相符。

农地经营规模的一次项对玉米生产效率的影响在1%的水平上显著为正，但其二次项的影响在1%水平上显著为负，说明农地经营规模对玉米生产效率的影响呈倒“U”型关系。

模型2仅对农地经营规模及其平方项进行回归，结果进一步说明，农地经营规模对玉米生产效率的影响呈倒“U”型关系。后面讨论农地经营规模的边界时，其结果也来源于模型2，下文不再赘述。

3.3 农地经营规模的中介效应检验

参照温忠麟等[27]的中介检验法，第一步，检验机械化服务程度是否显著提高玉米生产效率；第二步，检验机械化服务程度能否显著提高农地经营规模；第三步，同时检验机械化服务程度与农地经营规模对玉米生产效率的作用。这三步分别对应于模型3～5。

根据前文设定，运用Stata 15.0软件的Sgmediation命令，检验农地经营规模是否在机械化服务程度对玉米生产效率影响的过程中起中介作用(表3)。从模型3的回归结果可以看出，机械化服务程度对玉米生产效率在1%的水平上有显著正向影响，总效应c值为0.793；从模型4的回归结果可以看出，机械化服务程度对农地经营规模在1%的水平上有显著正向影响，系数值a为1.330；从模型5的回归结果可以看出，中介变量——农地经营规模对玉米生产效率在5%的水平上有显著正向影响，机械化服务程度对玉米生产效率的直接效应c′值为0.537。c、a、c′的估计值均显著，符号相同(均为正)，且c′值小于c值的结果说明，存在部分中介作用。

表3 农地经营规模在机械化服务程度对玉米生产效率上的中介作用

为更准确地判断农地经营规模的中介效应，引入Sobel检验以检测结果的稳健性。结果显示，SobelZ值在5%的水平上显著为正，证明存在部分中介效应，直接效应和总效应的观测值分别为0.537和0.793，由此推算，中介效应占比32.26%。

为了使得中介效应的检验结果更加稳健，采用Bootstrap中介效应分析方法，重复1 000次样本数选择，设定置信区间为95%，进行检验。结果显示，机械化服务程度对玉米生产效率的间接效应和直接效应的观测值分别为0.256和0.537。机械化服务程度对玉米生产效率的间接效应的95%置信区间为[0.095，0.416]，不包含0，证明中介效应存在。机械化服务程度对玉米生产效率的直接效应的95%置信区间为(0.282，0.793)不包含0，证明直接效应存在。这些结果进一步说明，存在部分中介效应。综上可以认为，农地经营规模在机械化服务程度对玉米生产效率的影响上存在中介效应。

3.4 土地经营规模边界的讨论

由上文分析可知，农地经营规模对玉米生产效率的影响呈倒“U”型关系，那么农地经营规模的最大值是多少？以下进一步分析机械化背景下农地经营规模的边界问题。

利用模型2的参数，得到农地经营规模与农业生产效率的函数表达式：

y=-0.7m2+1.09m+0.588。

(5)

式(5)中：y为玉米生产效率，m为农地经营规模。

由式(5)可以推算出，农地经营规模，即人均耕地面积的边界约为1.05 hm2，玉米生产效率的极大值为0.961。这里测算出的农地经营规模的边界值远大于当前我国家庭的人均耕地面积。也就是说，目前我国人均耕地面积还在边界值的左侧，仍处于边际效率递增阶段，农户的收入和玉米产量将会随着人均耕地面积的扩大而提升。从我国实际出发，在农用地总量不能继续扩大的前提下，可考虑将部分农民从农业生产中释放出来，提高农民的兼业化程度，通过土地流转或托管的方式，适当扩大耕地经营规模，提高机械化服务程度，从而进一步提升玉米的生产效率。

4 结论与政策建议

本文利用2003—2018年我国20个省份的面板数据，运用超效率DEA模型测算玉米生产效率，采用基准回归模型和中介效应模型，分析了机械化服务程度对玉米生产效率的影响效果及其作用机制。结果发现：1)样本省份2003—2018年的玉米生产效率平均值为0.775，仍有进一步提升的空间。2)机械化服务程度的提高显著促进玉米生产效率的提升，农地经营规模在机械化服务程度对玉米生产效率的影响上发挥中介效应(中介效应在总效应中占比32.26%)。各种稳健型检验的结果证明上述结论稳健。3)在选定的控制变量中，灌溉率和失业率对玉米生产效率有显著正向影响，人口老龄化率、受灾率对玉米生产效率有显著负向影响。4)农地经营规模，即人均耕地面积的边界约为1.05 hm2，我国目前人均耕地面积尚未达到边界值，仍处于边际效率递增阶段，农户的收入和玉米产量有望随着人均耕地面积的增加进一步提升。

基于上述结论，本文提出如下政策建议。1)降低农业机械服务价格。农户的农业收入低，很难购买多种大型机械；因此，要想通过农业机械化推动农业现代化的高质量发展，应着力发展好机械化服务，通过社会化服务公司或合作社机械租用等方式帮助小农户实现机械化生产。同时，政府部门应在政策上给予补贴，破解农机购买力不足的问题，并提高农业机械的使用率。2)通过土地流转、土地托管等多种形式发展适度规模经营，提高农业生产效率。经营规模较小的农户种植意愿低，资金风险承受能力较弱，机械化发展程度和意愿都较低。应通过土地流转、土地托管、土地入股等多种形式发展适度规模经营，减少土地细碎化程度，提高每户的耕地规模。建立农村土地流转机制，促进区域农业生产经营规模化，在省域范围内进一步建立健全与市场相适应的土地经营制度，合理合法有序保障农地流转或生产托管，切实提高农业的专业化、区域规模化、现代化水平，引导规模经营健康发展。3)建立健全农机服务体系，提高农业生产效率。农业机械化对保障粮食安全具有重要意义[28]，在农村劳动力不断外流、人口老龄化不断加剧的背景下，应该完善现代农业科技创新推广系统、农业社会化服务系统，大力发展农业机械化。各级政府还应培育和完善农机市场，保护农机经营者的合法权益，积极采取有效措施，打造农机产业链，促进农业机械行业健康发展。